CN101517480A - 光源灯冷却设备和投影显示设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一种光源灯冷却设备包括：隔膜式空气压缩机(31)；喷射器，该喷射器将冷却空气直接喷射到灯单元(10)中的光源灯的待冷却部分上；压力检测器(43)，该压力检测器(43)通过插入管路中的压力传感器(42)来检测冷却空气的压力；空气管路，该空气管路连接空气压缩机(31)和喷射器；以及灯控制器，该灯控制器根据由压力检测器(43)检测的空气压力来控制光源灯的关闭。空气压缩机(31)在高控制频率下被驱动，并且使用中空的、柔性的硅管用作空气管路以降低空气的脉动。

Description

光源灯冷却设备和投影显示设备

技术领域

本发明涉及光源灯冷却设备和投影显示设备。更具体地，本发明涉及检测来自冷却风扇的气动压力并且当所检测到的气动压力超过预定限制时关闭光源灯的光源灯冷却设备和投影显示设备。

背景技术

投影显示设备具有特别大的加热元件并且需要进行冷却以便保证性能和可靠性。用于冷却投影显示设备的方法大致分为两种类型：空气冷却和包括水冷却的液体冷却。用于电子设备的冷却方法进一步划分为自然空气冷却和强制空气冷却。在强制空气冷却中，使用任意的各种风扇在待冷却对象处强制地引导空气或将被加热的空气从设备排出。

冷却风扇产生声音并且提高电子设备的冷却能力的尝试能将由冷却风扇产生的声音转变成噪音，从而产生问题。这种趋势在具有大加热元件的电子设备中是值得注意的，并且随着设备的小型化有变得更加明显的趋势。

具体来说，需要保持在预定的最佳温度范围内的光源灯一般通过空气进行冷却，这是因为光源灯由于其结构的原因难以通过液体进行冷却。高能灯需要具有很高流速的冷却风以便提高冷却效率。因此，在现有技术中，经常使用以西罗克风扇为例的多叶片风扇来冷却光源灯。

空气的流动通过空气管道进行节流以获得高流速，但这伴有高压损失并且由风扇产生的声音能发展成噪音，从而产生问题。此外，对于小的设备而言，在很多情形中，在风扇附近没有足够的空间可以利用，因而难以使用具有高效率的风扇。

因此，存在对能补偿高压损失的高静态压力、低噪音冷却装置的需求。在各种空气压缩机中，容积式往复压缩机提供非常高的静态压力。隔膜式空气压缩机尽管其尺寸小但是提供是通常的西罗克风扇百倍以上的空气压力，并且正在对隔膜式空气压缩机作为冷却光源灯的装置的使用进行研究。

然而，具有由容积式往复压缩机产生的高静态压力的空气脉动，而为了稳定地冷却对象必须减小脉动。此外，空气以高速穿过小直径的管路，这可能导致灰尘的堵塞或在流路连接处的空气泄漏。

日本专利特开No.2006-91132公开了一种投影仪设备，该投影仪设备促使通过管道引入的冷却风通过设置在管道壁中的冷却空气进口流入光源灯中。然而，由于它假定使用西罗克风扇，所以它没有解决冷却风中的灰尘的堵塞或流路连接处的空气泄漏问题。

日本专利特开No.2003-328951公开了一种隔膜式泵，该隔膜式泵是一种容积式往复压缩机。

关于脉动的问题，日本专利特开No.11-270773公开了一种方法，该方法用于通过检测压力腔中的压力作为防止对与用于泵的脉动预防结构相关的压力腔的破坏的手段来将空气引入泵上游的管路中。

日本专利特开No.9-268982公开了一种方法，该方法用于通过将电滤波器应用于安装在泵排出口下游的流路中的压力计的测量值来控制仅与可归因于泵的压力变化相关的泵马达的旋转从而抑制泵的排出压力的变化。

发明内容

作为容积式往复压缩机的隔膜式泵尽管其尺寸非常小但是提供高静态压力。它们提供是通常的西罗克风扇的几百倍的压力。

然而，由于小的容积式往复压缩机提供低流速，所以必须通过使高压空气通过具有小横截面面积的流路输送来提高空气速度。因而，对于小的容积式往复压缩机，所接受的作法是使用小孔作为冷却风喷射孔。使用小孔作为冷却风喷射孔的问题在于即使微小的灰尘也能如上所述地堵塞喷射孔。此外，具有与高气动压力有关的高静态压力的冷却装置可能产生在用于输送冷却风的流路的接合处的空气泄漏问题。

在处理脉动的问题中，难以将日本专利特开No.11-270773或9-268982中描述的方法应用于具有要求紧凑尺寸的需求的投影显示设备。

本发明的目的是提供一种光源灯冷却设备和投影显示设备，所述设备能够使用简单的构造降低压力变化对灯温度的影响，防止气流路径中的堵塞和泄漏，并确保灯的照明运行的高可靠性。

根据本发明的一种光源灯冷却设备包括：气体压缩机，该气体压缩机压缩气体；喷射器，该喷射器将由所述气体压缩机压缩的所述气体直接喷射到待冷却的所述光源灯的部分上；气体管路，该气体管路连接所述气体压缩机和所述喷射器；压力检测器，该压力检测器检测所述气体管路中的气体压力；以及灯控制器，该灯控制器根据由所述压力检测器检测的所述气体管路中的所述气体压力来控制所述光源灯。

当由所述压力检测器检测的所述气体压力达到或超过预定压力时，所述灯控制器可关闭所述光源灯。此外，当由所述压力检测器检测的所述气体压力达到或落在预定压力以下时，所述灯控制器可关闭所述光源灯。

所述气体压缩机可以是往复式空气压缩机。此外，所述往复式空气压缩机可以是隔膜式空气压缩机。所述气体压缩机的控制频率可以是高频带中的频率。所述气体压缩机的控制频率可以是在20kHz±5kHz的频带中的频率。优选地，所述气体管路是中空的和柔性的。

所述喷射器可安装在保持构件上，所述保持构件保持安装在设有所述光源灯的灯单元的发射侧开口中的半透明构件并将所述半透明构件与反射器相连；并且所述喷射器的喷射孔可指向所述光源灯上的一个或多个所述预定位置。所述喷射孔的形状、面积和数量可根据所述预定位置的冷却需求来设定，气体从所述喷射孔喷射到所述预定位置上。所述喷射器的所述喷射孔的总横截面开口面积可小于所述气体管路的横截面面积以及所述反射器保持构件中的冷却风供应口的横截面面积。在所述反射器保持构件中可设置开口以将冷却风从所述灯单元中排出。所述气体可以是空气。

根据本发明的投影显示设备包括上述的光源灯冷却设备。

根据本发明的光源灯冷却设备包括检测气体管路中的气体压力的压力检测器以及根据由该压力检测器所检测的气体管路中的气体压力来控制光源灯的灯控制器。当气体管路中的气体压力达到或超过预定压力时或者当该气体管路中的气体压力达到或落在预定压力以下时，根据本发明的光源灯冷却设备关闭光源灯。由此，在气体流路中发生堵塞或泄漏的情况下，根据本发明的光源灯冷却设备能关闭光源灯，从而防止由送风故障引起的异常的温度上升以及由此产生的光源灯的故障。所产生的故障包括由光源灯的光轴由于灯附近结构的热变形的移位而导致亮度下降以及灯寿命的降低和灯的破裂。

由于根据本发明的光源灯冷却设备使用往复式气体压缩机，所以它能将高压气体作为从喷射器直接喷射到待冷却的部分上的高速冷却风，实现有效冷却。

在根据本发明的光源灯冷却设备中，由于空气压缩机的控制频率设定在例如高达20kHz±5kHz，所以能够相对地降低压力变化对灯温度的影响。也就是说，根据现有技术的隔膜的运行频率是60Hz以下，这使脉动和令人讨厌的噪音突出，产生问题。相反，在根据本发明的光源灯冷却设备中，空气压缩机的控制频率设定得更高，从而将隔膜的运行频率设定在高达125kHz。此外，在根据本发明的光源灯冷却设备中，由于连接气体压缩机和喷射器的气体管路是中空的和柔性的，所以通过管路的与压力相符的变形也减小了气流的脉动。此外，即使在外壳中存在受限的安装空间，该中空的、柔性的管路也允许布置中的高设计自由度，形成具有低压力损失的平滑流路，并防止在与空气压缩机或喷射器的连接点处的空气泄漏。当空气压缩机和喷射器处于距彼此一定的距离处时，这些效果是特别显著的。

由于喷射器的喷射孔的总横截面开口面积小于气体管路的横截面面积以及反射器保持构件中的冷却风供应口的横截面面积，所以冷却风从喷射器中以高速喷射。

因而，本发明能实现一种光源灯冷却设备，该光源灯冷却设备使用简单的构造能确保灯的照明运行的高可靠性。

本发明检测气体管路中的气体压力，根据该气体压力控制光源灯，并当该气体压力达到或超过预定压力时或当该气体压力达到或落在预定压力以下时关闭光源灯。由此，在气体流路中发生堵塞或泄漏的情况下，本发明能关闭光源灯，从而防止由异常的温度上升所导致的故障。也就是说，根据本发明的光源灯冷却设备能防止由光源灯的光轴由于灯附近结构的热变形的移位而导致的亮度下降以及灯寿命的降低和灯的破裂。

由于本发明使用提供高静态压力并具有小尺寸的往复式气体压缩机，所以它能减小光源灯冷却设备的尺寸。而这又能够减小使用空气冷却系统来冷却其光源灯的投影显示设备等的尺寸。

本发明使用例如高达20kHz±5kHz的频率作为空气压缩机的控制频率。这降低了排出空气中的压力变化的范围，从而减小了压力变化对灯温度的影响。此外，本发明使用中空的、柔性的管路作为连接气体压缩机和喷射器的气体管路。由此，通过管路的变形也降低了气流的脉动。作为该降低脉动的结果，本发明改进了整个冷却系统的声音质量并从而减小了噪音。

附图说明

图1是根据示例性实施例的投影显示设备的灯单元、光学单元、以及光源灯冷却设备的示意性框图；

图2是根据示例性实施例的投影显示设备的示意性分解透视图；

图3是示出根据示例性实施例的顶盖被从外壳取下的投影显示设备的透视图；

图4是图3中的光学单元和灯单元的透视图，省略了投影透镜；

图5是光源灯冷却设备和灯单元的透视图；

图6是灯单元的透视图；以及

图7是不包括反射器保持构件的灯单元的分解透视图。

具体实施方式

接下来，将参照附图来描述示例性实施例。图1是根据该示例性实施例的投影显示设备的灯单元、光学单元、以及光源灯冷却设备的示意性框图。图2是根据该示例性实施例的投影显示设备的示意性分解透视图。图3是示出根据该示例性实施例的顶盖被从外壳取下的投影显示设备的透视图。图4是图3中的光学单元和灯单元的透视图，省略了投影透镜。图5是光源灯冷却设备和灯单元的透视图。图6是灯单元的透视图。图7是不包括反射器保持构件的灯单元的分解透视图。

在该示例性实施例中，将具有光源灯将具有高冷却特性并且紧凑要求的投影显示设备的光源灯引用为待冷却的对象的示例，但这不是限制性的，而是本发明可广泛地应用于能通过气体喷射来冷却的对象。将通常可得到的气体引用为空气，但是也能使用具有高热导率的氦、氩等。此外，将以小尺寸、高压力和低噪音为特征的隔膜式空气压缩机引用为空气压缩机，但这不是限制性的。此外可使用往复活塞式压缩机并且也可使用旋转式或其它空气压缩机，只要它们能提供必要的压力和排放量。根据该示例性实施例，将气体喷射冷却系统引用为光源灯冷却设备。

根据本发明的光源灯冷却设备30使用少量的空气有效地冷却包括光源灯11和反射器12的灯单元10。

如图1中所示，根据本发明的投影显示设备1包括灯单元10、光源灯冷却设备30、以及光学单元60，光源灯冷却设备30也是示例性实施例。

灯单元10包括光源灯11、反射器12、反射器保持构件14、反射器盖13、和灯连接器52。反射器12反射来自光源灯11的出射光，使得该出射光将会聚在焦点处。反射器保持构件14保持反射器12并关于邻接的光学单元60对反射器12进行定位。反射器保持构件14包括位于圆形开口中的防爆玻璃18。反射器盖13从外部保护反射器12。灯连接器52向光源灯11供电。

如图6和图7中所示，反射器保持构件14通过提供与反射器12的内侧(在反射面的侧上)隔离的空间来形成稳定流动的冷却风24。此外，反射器保持构件14防止在灯破裂的情况下碎片分散。

反射器保持构件14设有喷射器21和排气口19。喷射器21包括喷射冷却风24的小孔22。从小孔22喷射的冷却风24冷却光源灯11然后从排气口19排出。

根据该示例性实施例，设置在喷射器21中的小孔22具有0.3mm的直径，与喷射器21的1.5mm的壁厚相比，该直径是小的。因而，它给予所喷射的冷却风23高度的方向性。

光学单元60包括为反射式光调制器的DMD(数字微镜器件)67、照明DMD 67的照明光学系统、以及将光通量从DMD 67投影到屏幕80上的投影透镜61。

照明光学系统包括色轮63、积分棒64、和远焦光学系统65。色轮63以分时为基础将来自灯单元10的光分成多种颜色。色轮63以使得色段将位于由光源灯11产生并由反射器12反射的光通量的焦点处的方式布置。积分棒64是亮度平滑元件，均衡来自灯单元10的光通量的亮度分布并从出射平面发射该均衡的光通量。积分棒64以使得它的入射端面将位于接收穿过色轮63的光通量的位置中的方式布置。远焦光学系统将从积分棒64发射的光通量导向DMD 67。远焦光学系统包括透镜65a、65b和65c以及平面镜66a和66b。

尽管此处将DMD引用为图像显示设备，但是根据本发明的光源灯冷却设备30也能用于液晶显示设备。

如图3到图7中所示，根据本发明示例性实施例的光源灯冷却设备30包括隔膜式空气压缩机31、压力传感器42、压力检测器43、喷射器21、连接器23和空气管路。小尺寸的隔膜式空气压缩机31能产生高压空气。压力传感器42和压力检测器43检测管路中的空气压力。喷射器21连接到灯单元10的反射器保持构件14并且设有将冷却风24喷射到反射器保持构件14中的小孔22。连接器23用于将喷射器21与构成空气管路的硅管32相连。硅管32连接连接器23和隔膜式空气压缩机31。

小尺寸的往复式压缩机适合于产生高压空气。往复式压缩机被分成活塞式和隔膜式。尽管此处由于隔膜式空气压缩机尺寸小而假定使用隔膜式空气压缩机，但是在本发明中也能使用活塞式压缩机。隔膜式压缩机包括具有单隔膜的压缩机以及具有多隔膜的压缩机。隔膜的数量越多，压缩机越小，压缩机产生的噪音越低。根据该示例性实施例，压缩机具有三个隔膜，且通过增加驱动隔膜的马达的旋转速度来将所述隔膜的驱动频率设定为高达125Hz。

此外，根据该示例性实施例，由于在高控制频率下驱动隔膜式空气压缩机31，所以波长和振幅降低，减小了排出空气的脉动。

压力传感器42插入硅管32中，压力检测器43经由压力传感器42来监测硅管32中的气动压力。

如果压力检测器43检测到高于预定压力的压力，则主板73(图2)判定隔膜式空气压缩机31发生了故障或者灰尘等堵塞了流路，并停止光源灯11的照明。

更具体地，压力检测器43将由压力传感器42检测的压力转换成电信号并将该电信号传输到主板73，灯控制器34位于该主板73上。然后，主板73上的CPU的灯控制器34判定压力异常，并通过控制供电单元69(图3)来停止向光源灯11供电。

此外，如果检测到低于预定压力的压力，则在主板73上判定隔膜式空气压缩机31发生了故障或者具有来自流路的空气泄漏，并同样地停止光源灯11的照明。

此外，即使空气压力没有高到足以停止向光源灯11供电，但是在接近高到足以停止向光源灯11供电的压力下的长期持续运行将不仅增加来自隔膜式空气压缩机31的噪音，而且影响隔膜式空气压缩机31的寿命。因而，优选建立将允许长期运行的基准空气压力，并建立将停止向光源灯11供电并且将落在基准空气压力的预定公差内的压力。

在该示例性实施例中，将比对应于20kHz±5kHz的基准控制频率的压力(即对应于125Hz的隔膜的基准运行频率的压力)稍高的压力指定为设定压力，在该设定压力下停止照明。

可替代地，隔膜式空气压缩机31的控制频率可以通过使得由压力检测器43测量的气动压力将与对应于预定基准控制频率的恒定压力一致的方式控制。这使供应到喷射器21的空气压力稳定。另一方面，在多山区域和其它处于高于海平面的高地中，因为由于大气压低和空气稀薄导致旋转速度增加，以现有技术中使用的西罗克风扇为例的多叶片风扇产生高噪音。此外，存在风噪音的变化，因此噪音的频谱(音质)也变化，这可能引起更多的不适或可能导致噪音感觉更高。相反，由于此冷却系统能保持管路中的空气压力恒定，所以来自喷射孔的喷射声几乎保持不变，因而不会引起噪音的提高。此外，由于管路中的压力保持恒定，所以自喷射孔的空气喷射的条件保持不变。因此，噪音的频谱(音质)保持不变，因而不存在不适。

柔性的硅管32用作将隔膜式空气压缩机31与连接器23相连接的管路，该连接器23连接到作为冷却空气供应口的喷射器21。由于硅管32在其末端之间的部分中没有接头，所以即使隔膜式空气压缩机31和光源灯11处于距彼此一定的距离处，也不用担心冷却风的泄漏。由于硅管32是柔性的，所以将硅管设置在投影仪中具有高自由度，并且当将该管设置在投影仪中时具有最小的压力损失。

此外，用作管路的硅管32的柔性与在高控制频率下驱动隔膜式空气压缩机31一起能够减小排出空气的脉动并能够在目标位置处在平均压力下喷射冷却风24。

顺便提及，根据该示例性实施例，使用设置在喷射器21中的单个小孔来冷却光源灯11的顶部，但是可在喷射器21中设置多个小孔22以冷却多个目标位置。小孔22的形状、面积和数量可根据待冷却目标的冷却条件来设定。优选地，小孔22的总的横截面开口面积小于硅管32的横截面面积以及作为冷却空气供应口的连接器23的横截面面积。

Claims (14)

1.一种光源灯冷却设备，该光源灯冷却设备用于冷却光源灯，包括：

气体压缩机，该气体压缩机压缩气体；

喷射器，该喷射器将由所述气体压缩机压缩的所述气体直接喷射到所述光源灯的待冷却部分上；

气体管路，该气体管路连接所述气体压缩机和所述喷射器；

压力检测器，该压力检测器检测所述气体管路中的气体压力；以及

灯控制器，该灯控制器根据由所述压力检测器检测的所述气体管路中的所述气体压力来控制所述光源灯。

2.根据权利要求1所述的光源灯冷却设备，其中当由所述压力检测器检测的所述气体压力达到或超过预定压力时，所述灯控制器关闭所述光源灯。

3.根据权利要求1或2所述的光源灯冷却设备，其中当由所述压力检测器检测的所述气体压力达到或落在预定压力以下时，所述灯控制器关闭所述光源灯。

4.根据权利要求1所述的光源灯冷却设备，其中所述气体压缩机是往复式空气压缩机。

5.根据权利要求4所述的光源灯冷却设备，其中所述往复式空气压缩机是隔膜式空气压缩机。

6.根据权利要求1到5中的任一项所述的光源灯冷却设备，其中所述气体压缩机的控制频率是高频带中的频率。

7.根据权利要求6所述的光源灯冷却设备，其中所述气体压缩机的所述控制频率是在20kHz±5kHz的频带中的频率。

8.根据权利要求1到7中的任一项所述的光源灯冷却设备，其中所述气体管路是中空的和柔性的。

9.根据权利要求1到8中的任一项所述的光源灯冷却设备，其中所述喷射器安装在反射器保持构件上，所述反射器保持构件保持安装在设有所述光源灯的灯单元的发射侧开口中的半透明构件并将所述半透明构件与反射器相连；并且所述喷射器的喷射孔指向所述光源灯上的一个或多个预定位置。

10.根据权利要求9所述的光源灯冷却设备，其中所述喷射孔的所述形状、面积和数量根据所述预定位置的冷却条件来设定。

11.根据权利要求9或10所述的光源灯冷却设备，其中所述喷射器的所述喷射孔的总横截面开口面积小于所述气体管路的横截面面积并且小于所述反射器保持构件中的冷却风供应口的横截面面积。

12.根据权利要求9到11中的任一项所述的光源灯冷却设备，其中在所述反射器保持构件中设置开口以将冷却风从所述灯单元中排出。

13.根据权利要求1到12中的任一项所述的光源灯冷却设备，其中所述气体是空气。

14.一种投影显示设备，包括根据权利要求1到13中的任一项所述的光源灯冷却设备。

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